基于卫星遥感图像的变化检测算法

2017 年 第26卷 第 5 期 https://www.360docs.net/doc/7312991382.html, 计 算 机 系 统 应 用 Software Technique ·Algorithm 软件技术·算法 155基于卫星遥感图像的变化检测算法①

邹杨修1, 池明旻1,2

1

(复旦大学 计算机科学技术学院 上海市数据科学重点实验室电磁波信息科学教育部重点实验室, 上海 200433) 2(卫星海洋环境动力学国家重点实验室 (国家海洋局第二海洋研究所), 杭州 310012)

摘 要: 在石油勘探、开发炼制及运储过程中, 由于意外事故或操作失误, 造成原油或油品从作业现场储器里外泄, 溢流向地面、水面、海滩或海面, 同时由于油质的不同, 形成薄厚等一片膜这现象称为溢油. 大范围的海上溢油往往会对数个国家的生态、社会以及经济带来严重影响. 本文基于卫星遥感数据, 将变化检测引入海上溢油的问题中,研究实现对比了多个变化检测算法, 最终实现了一个变化检测的溢油检测系统. 实验表明, 变化检测能有效地减少因地理位置、光照条件因素的影响, 泛化能力显著地强于单幅图的分类方法, 文章提供的系统能有效地将油区与水面、轻油区域与重油区域分割.

关键词: 溢油检测; 变化检测; 机器学习

Change Detection Algorithm Based on Satellite Remote Sensing Images

ZOU Yang-Xiu 1, CHI Ming-Min 1,2

1(Shanghai Key Laboratory of Data Science, Key Laboratory of EMW Information, School of Computer Science, Fudan University, Shanghai 201203, China) 2(State Key Laboratory of Satellite Ocean Environment Dynamics, Hangzhou 310012, China)

Abstract : In the process of oil exploration, development, refinement, transportation and storage, due to accidents or operational errors, the leakage of crude oil or oil products from the reservoir will flow to the ground, water, and the beach or sea. As the different thickness of oil, the leakage forms a film, the phenomenon is called oil spill. Large-scale oil spills often has a serious impact on national ecology, society and economy. Based on the satellite remote sensing data, this paper introduces the change detection into the problem of marine oil spilling, comparing several change detection algorithms with each other, and accomplishes an oil spill detection system. Results show that, the change detection can effectively reduce the impact of geographical location and lighting conditions, and it has a stronger generalization ability than the classification methods trained on single image. The research also shows the new method can effectively separate the sea water region with light oil or heavy oil region.

Key words : oil spill detection; change detection; machine learning

1 引言 溢油是指液态石油烃在人类活动干扰下, 被释放到环境中的一种污染形式, 并且通常适用于海上泄漏. 溢油的原因可能是油井、海上平台、钻机或者邮轮发生了原油泄漏, 或者是大型船舶排放、泄漏的精炼石油产品及副产品, 或任何油性垃圾或废油的泄漏. 海上溢油事件往往带来严重的环境、社会、经济后果. 尽管近年来多起溢油事故引起了媒体的强烈关注, 但是面对国

际贸易的增长, 海洋石油漏油事件依旧持续发生.

由于溢油可能产生的严重损害, 科学家们一直希

望能尽量将泄漏控制在最小的范围内, 因此试图及时

发现海上溢油. 然而海上溢油事件发生的位置往往在

远海, 远离海岸线. 在此情况下, 利用遥感卫星能从

高空俯瞰地球表面的强大能力, 使用、处理卫星遥感

图像的溢油检测便应运而生. 因此, 一个顽健的自动

溢油检测系统具有重要的实际和科学意义.

① 基金项目:国家自然科学基金重点项目(71331005);卫星海洋环境动力学国家重点实验室开放研究基金(SOED1509)

收稿时间:2016-08-30;收到修改稿时间:2016-12-12 [doi:10.15888/https://www.360docs.net/doc/7312991382.html,ki.csa.005864]

万方数据